小麦茎秆实心度对茎秆强度的影响及相关性状QTL分析

在QTL水平上研究茎秆实心度与强度的遗传关系及实心度对茎秆强度的影响,为小麦抗倒伏育种提供依据。利用普通小麦宁麦18与实秆小麦种质"武云实秆"的F2群体和F2:3家系,对小麦茎秆强度、实心度及影响实心度的相关性状包括厚径比、壁厚、茎粗和髓腔直径进行了相关分析,并对茎秆强度相关性状QTL进行分子标记定位及遗传效应分析。结果表明小麦茎秆强度与厚径比、壁厚均呈极显著正相关,与髓腔直径呈极显著负相关。基于复合区间作图法进行QTL定位,检测到与茎秆强度、厚径比、壁厚、茎粗和髓腔直径相关QTL共23个,分布在1B、3B、4A、4B、5A上,表型贡献率3.5%~44.0%。在染色体3B、4A和5A上的标记区间gwm547–gwm247、wmc718–wmc468和gwm156–gwm443均检测到贡献率很高的茎秆实心度相关QTL,说明在这3条染色体上可能存在控制茎秆强度的主效QTL。用普通小麦宁麦13(N13)×武云实秆的24个F7家系检验分子标记gwm247的可靠性表明利用标记gwm247选育茎秆实心度优于宁麦13的概率较大。研究结果为进一步精细定位相关主效QTL以及分子标记辅助改良小麦茎秆强度奠定了基础。     

小麦胚芽鞘长度QTL定位和GWAS分析

在干旱条件下,小麦(TriticumaestivumL.)适当深播可提高出苗率,胚芽鞘长度决定了小麦播种的最大深度,因此培育长胚芽鞘小麦品种至关重要。为了挖掘控制小麦胚芽鞘长度相关的数量性状位点(quantitative trait loci, QTL),本研究以275份豆麦/石4185重组自交系(recombinant inbred lines, RIL)群体和186份自然群体为材料,根据90K SNP芯片的分型结果,利用3个环境下小麦胚芽鞘长度表型数据进行QTL鉴定。采用完备区间作图法(inclusive composite intervalmapping,ICIM)在RIL群体中鉴定到2个稳定的QTL位点,分别位于4BS(30.17～40.59Mb)和6BL(700.08～703.53Mb)染色体上,解释表型变异率(PVE)分别为26.29%～28.46%和4.16%～4.36%;全基因组关联分析(GWAS)采用混合线性模型(Mixedlinearmodel,MLM)方法,共鉴定到36个稳定的QTL位点,分别位于1A(3)、1B(3)、1D (2)、2A (1)、3A (2)、3...     

小麦抗倒伏茎秆形态指标及QTL分析

为明确小麦茎秆基部第2节形态及结构特征与抗倒伏关系,发掘抗倒伏关键茎秆形态指标及数量性状基因座位点(QTL)。以120份RILs家系为研究材料,分别测定2020,2021年茎秆强度及基部第2节间长度、茎粗、壁厚、纤维素含量和木质素含量等指标,开展多元回归分析,并结合55K SNP芯片进行QTL定位分析。结果表明,茎秆强度与基部第2节间茎粗和壁厚呈显著或极显著(P<0.01)正相关(P<0.05),与基部第2节间纤维素含量和木质素含量呈极显著正相关(P<0.01)。多元回归分析表明,基部第2节间纤维素含量是影响小麦茎秆强度的关键指标。基于55K芯片关联分析结果,在1A、1D、2B、2D、4D、5A、5B、5D和7B等染色体上共检测到19个与茎秆性状相关的QTLs,解释了7.67%～65.33%的表型变异。在1D染色体上,与标记AX-110771095和AX-109431570连锁的QTL位点同时控制基部第2节间长、壁厚及纤维素含量3个性状,解释了7.96%～10.76%的表型贡献率。     

玉米抗倒伏相关性状QTL的关联和连锁分析

倒伏是影响玉米高产和机械化收获的重要因素,明确玉米抗倒伏相关性状的遗传基础,增强玉米品种抗倒伏能力,可为玉米高产宜机收育种提供理论依据。本研究以国内外收集的153份自交系为材料,利用6H90K SNP芯片检测的70,438个高质量SNP标记对地上第3节茎秆强度、株高、穗位高和穗位系数进行全基因组关联分析,分别检测到与茎秆强度、株高、穗位高和穗位系数相关位点5个、14个、16个和21个,单个关联位点最大效应值为13.24。同时以KA105/KB020的F₅群体为试验材料,采用QTL IciMapping V4.2软件的完备区间作图法进行QTL定位,检测到21个与抗倒伏相关的QTL,可解释表型变异3.86%～16.58%。结合关联分析和连锁分析结果发现, 2个QTL区间与关联分析的候选区间重合。经过候选区段的基因功能注释和文献查阅,挖掘到GRMZM2G105391、GRMZM2G014119和GRMZM2G341410等与细胞壁生物合成、细胞分裂和细胞伸长的相关基因可供进一步分析。本研究结果为进一步解析玉米抗倒伏性状的遗传基础提供参考。     

普通小麦氮素利用效率相关性状全基因组关联分析

氮元素在粮食作物生长和发育过程起着不可替代的作用。发掘氮素利用效率相关基因对于提升小麦产量、减少环境污染具有重要意义。植株根系构型(rootsystemarchitecture,RSA)代表着根系的结构及空间造型,显著受氮素水平影响。本研究在正常供氮和缺氮两种氮素水平下,对160份来自黄淮冬麦区和北部冬麦区普通小麦品系的根系构型相关性状(总根长、总根表面积、总根体积、平均根直径和根尖数)进行统计,并结合小麦660KSNP(single nucleotidepolymorphism)芯片基因分型数据对根系相关性状的相对值进行全基因组关联分析,以期发掘氮素利用效率相关位点。本研究检测到34个与氮素利用效率显著关联的SNP位点,可解释6.9%～15.4%的表型变异。关联位点在所有染色体均有分布,主要集中于1A、2B、3B、5B、6A、6B和7A染色体。11个位点与已报道位点重叠或接近,其他23个位点可能为新的位点。另外,在3B染色体上发现一个编码E3泛素连接酶的候选基因。     

小麦株高相关性状与SNP标记全基因组关联分析

株高是影响小麦产量和控制倒伏的重要因素,研究小麦株高相关性状的遗传机制对高产育种具有指导意义。以205份中国冬麦区小麦品种(系)为材料,利用分布于小麦全基因组的24 355个单核苷酸多态性(SNP)标记对株高相关性状进行关联分析。共发现38个与株高相关性状显著关联(P0.0001)的SNP,分布在1B、2A、2B、3A、3B、3D、4A、4B、5A和6D染色体上。其中,11个位点至少在2个环境中稳定表达,可用于开发CAPS标记。同时,发掘了一批株高性状相关基因的优异等位变异,如降低株高的等位变异Bob White_c48009_52,平均降低株高12.9 cm;控制穗下节间长的等位变异BS00039422_51-C和IAAV1698-A,分别调控穗下节间长5.9 cm和6.6 cm。本研究发掘的控制小麦株高基因位点为在分子水平上研究小麦株高复杂性状提供了有价值的参考。     

小麦苗期光合作用及其相关性状的QTL分析

将小麦品种花培3号和豫麦57构建的DH群体的168个株系及其亲本,盆栽于两个环境中,利用324个SSR标记位点构建遗传图谱,对单叶净光合速率及相关参数、叶绿体色素含量和叶绿素荧光参数进行QTL定位和分析。利用基于混合线性模型的QTLNetwork 2.0,共检测到17个加性效应和20对上位性效应位点,其中所有加性效应位点和16对上位性效应位点具有环境互作效应。相关性较高的性状间有一些共同的QTL,表现出一因多效或者紧密连锁效应。在5D染色体上的Xwmc215至Xgdw63区段,检测到控制叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量的3个主效QTL,各位点的遗传效应贡献率较大,增效基因均来源于花培3号,适用于分子标记辅助选择和聚合育种。另外,该区段与控制单叶净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)和胞间CO2浓度与胞外CO2浓度比值(Ci/Cr)的QTL的定位区间相近。位于5B染色体控制胞间CO2浓度的QTL是个微效基因,但是QTL与两种环境的互作效应表现的遗传贡献比较大。     

甜高粱茎秆含糖量性状的QTL定位

本研究以低茎秆含糖量的粒用高粱品系LR625(P1)和高茎秆含糖量的甜高粱品系Rio(P2)杂交获得的234个F2:3家系为试验材料,构建了含有92个高粱SSR标记、6个玉米SSR标记和自主开发的28个INDEL标记的遗传连锁图谱,并进行了茎汁混合锤度、茎秆重和出汁率性状的QTL定位。研究结果显示:共检测到7个与茎汁混合锤度有关的QTL,分布在高粱的第LG-3、LG-5、LG-7和LG-9连锁群上,解释的总表型变异为62.45%;4个与茎秆重有关的QTL,分布在高粱的第LG-2、LG-5、LG-6和LG-7连锁群上,解释的总表型变异为60.92%;8个与出汁率有关的QTL,分布在高粱的第LG-1、LG-2、LG-3、LG-6、LG-7和LG-9连锁群上,解释的总表型变异为99.75%。研究结果有助于深入理解茎秆含糖量遗传基础,为茎秆含糖量QTL精细定位和基因挖掘提供依据。     

小麦籽粒产量及穗部相关性状的QTL定位

由小麦品种花培3号和豫麦57杂交获得DH群体168个株系,种植于3个环境中,利用305个SSR标记对籽粒产量和穗部相关性状(穗长、穗粒数、总小穗数、可育小穗数、小穗着生密度、千粒重和粒径)进行了QTL定位。利用基于混合线性模型的QTLNetwork 2.0软件,共检测到27个加性效应和13对上位效应位点,其中 8个加性效应位点具有环境互作效应。相关性高的性状间有一些共同的QTL位点,表现出一因多效或紧密连锁效应。5D染色体区段Xwmc215–Xgdm63,检测到控制籽粒产量、穗粒数、总小穗数、可育小穗数和小穗着生密度5个性状的QTL位点,各位点的遗传贡献率较大且遗传效应方向相同,增效等位基因均来源于豫麦57,适用于分子标记辅助育种和聚合育种。控制千粒重与穗粒数的QTL位于染色体不同区段,有利于实现穗粒数与粒重的遗传重组。     

利用高密度SNP 遗传图谱定位小麦穗部性状基因

小麦穗部性状之间相关性密切, 其中穗粒数和千粒重是重要的产量构成要素, 挖掘与穗部性状相关联的基因位点对分子标记辅助育种及解释基因效应具有重要意义。本研究以RIL群体(山农01-35×藁城9411) 173个F_8:9株系为材料, 利用90 k小麦SNP基因芯片、DArT芯片技术及传统的分子标记技术构建的高密度遗传图谱, 在5个环境下进行穗部相关性状QTL定位。检测到位于1B、4B、5B、6A染色体上7个控制千粒重的加性QTL, 解释表型变异率6.00%~36.30%, 加性效应均来自大粒母本山农01-35; 检测到8个控制穗长的加性QTL, 解释表型变异率14.34%~25.44%; 3个控制穗粒数的加性QTL; 5个控制可育小穗数的加性QTL; 3个控制不育小穗数的加性QTL, 贡献率为8.70%~37.70%; 4个控制总小穗数的加性QTL; 6个控制小穗密度的加性QTL。通过基因型与环境互作分析, 检测到32个加性QTL, 解释表型变异率0.05%~1.05%。在4B染色体区段EX_C101685–RAC875_C27536检测到控制粒重、穗长、穗粒数、可育小穗数、不育小穗数、总小穗数的一因多效QTL,其贡献率为5.40%~37.70%, 该位点在多个环境中被检测到, 是稳定主效QTL。在6A染色体wPt-0959-TaGw2-CAPS区间上检测到控制粒重、总小穗数的QTL。研究结果为穗部性状的分子标记开发、基因精细定位和功能基因克隆奠定了基础。     

玉米秸秆消化率全基因组关联分析

48h体外干物质消化率（48h in vitro dry matter digestibility, 48h IVDMD）是衡量青贮玉米品质的重要指标。为了初步探究玉米秸秆消化率的分子遗传机理,以341份玉米自交系为材料,于2018年在沈阳和通辽种植,收获后测定秸秆48h IVDMD。利用全基因组重测序获得的6 276 612个高质量SNPs进行全基因组关联分析,共检测到153个与玉米秸秆消化率显著相关的SNPs位点（P<1.0×10^-6）,4个SNPs显著水平在P<1.0×10^-8以上;共找到38个秸秆消化率的候选基因,主要涉及细胞生长发育、防御反应和信号转导等生物学功能。     

小麦南大2419及其衍生品种(系)主要农艺性状的关联分析

筛选与小麦重要农艺性状相关联的SSR标记,对小麦分子标记辅助育种有重要的实践意义.本研究利用多态性较高的80个SSR标记,对南大2419及其71份衍生后代品种(系)进行基因型分析,采用TASSEL软件的MLM (Mixed linear model)方法对籽粒产量、千粒重、有效穗、穗粒数等8个主要农艺性状进行SSR标记...     

普通小麦对仓储害虫玉米象的抗性QTL分析

以普通小麦品种川农16与人工合成小麦衍生品种川麦42为亲本构建了含有127个株系的重组自交系(RIL)群体,将2008和2009年收获的种子用玉米象(Sitophilus zeamais)虫卵进行接种,并于2009年11月开始储藏,次年8月和10月进行虫害调查。利用复合区间作图法(CIM)对RIL群体的抗虫性进行QTL定位分析。利用2008年收获群体检测到位于3B、2D和3D染色体的3个QTL,贡献率依次为10.2%、8.5%和8.3%;利用2009年收获群体检测到位于3D和4B的2个QTL,贡献率分别为8.5%和11.3%。位于3D染色体Xbarc6–Xgwm112标记区间内的QTL在年度间重复检测到,贡献率为8.3%~8.5%,抗性位点来自川农16。     

CIMMYT小麦种质C615抗叶锈病QTL分析

由Puccinia triticina引起的叶锈病是小麦主要病害之一, 引进种质C615具有叶锈病成株期抗性, 但其抗病性遗传机制尚不清楚。本研究以抗病亲本C615与高感叶锈病亲本宁麦18构建的F_2:7代重组自交系群体为材料, 利用337对多态性SSR标记构建遗传连锁图谱, 结合2016、2017连续两年的叶锈病鉴定结果进行复合区间作图, 结果在1BL、2DS、3BS、4DL和6BS染色体上共发现了5个抗性QTL, 暂命名为QLr.njau-1BL、QLr.njau-2DS、QLr.njau-3BS、QLr.njau-4DL和QLr.njau-6BS。其中, QLr.njau-1BL、QLr.njau-3BS和QLr.njau-4DL在两年均被检测到, 分别解释10.1%~15.7%、10.9%~13.5%和8.2%~9.0%的表型变异; 另2个QTL只在一年被检测到, 解释6.2%和9.2%的表型变异。除QLr.njau-2DS外的4个抗性QTL均来源于抗病亲本C615。QLr.njau-1BL和QLr.njau-4DL分别与已报道的慢病性基因Lr46、Lr67在同一区域, QLr.njau-3B可能为一个新的抗叶锈病QTL。此外, 本研究在C615/扬麦13 (轮回亲本)BC₄F₅回交群体中选出了15个农艺性状优良且抗叶锈病的株系, 利用与C615所含抗性QTL紧密连锁的7个SSR标记对其进行基因型检测, 结果显示所有这15个株系均含有来自C615的抗性QTL, 且有3个株系聚合了全部抗性位点, 表明C615可作为抗源亲本用于高产、抗病育种。本研究结果将为分子标记选育抗叶锈品种提供材料和技术支撑。     

植物数量性状关联分析研究进展

关联分析是新近开始在植物数量性状研究和植物育种中应用的一种分析方法。它以连锁不平衡为基础鉴定某一群体内性状与遗传标记或候选基因间的关系。本文在介绍连锁不平衡的定义和度量方法的基础上,综述了连锁不平衡和关联分析在植物方面的研究进展,并讨论了交配体系、重组、遗传漂变等对连锁不平衡程度的影响,以及连锁不平衡程度、群体结构对关联分析的影响,最后讨论了关联分析在植物数量性状和分子育种研究中可能的应用。     

多倍体植物复杂性状全基因组关联分析研究进展

多倍体普遍存在于植物界尤其是被子植物中,多倍化的发生有利于植物进化,其在物种遗传多样性和适应性等方面有着显著优势。研究表明植物几乎所有的重要经济性状均为复杂性状,这些复杂性状往往由多基因控制,且与非遗传(环境)因素共同决定。高通量测序技术的发展使得测序成本不断降低,高密度覆盖的标记使得基因型鉴定更加精确化,因此全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)已成为研究多倍体植物复杂性状的新策略。本综述介绍了植物多倍体研究的意义、复杂性状的遗传学背景以及GWAS的一般流程,简要分析了多倍体GWAS的特点,并回顾了当前多倍体植物GWAS在复杂性状基因位点中所取得的研究进展,旨在为多倍体植物重要性状的遗传改良及分子辅助育种提供理论支持。     

利用“永久F2”群体进行小麦幼苗根系性状QTL分析

为了研究小麦苗期根系性状的遗传,以小麦品种花培3号和豫麦57的杂交DH群体组配了一套含168个杂交组合的“永久F₂”群体。利用WinRHIZO根系分析系统测定四叶一心期小麦水培幼苗根系总长度、直径、表面积、体积、根尖数、最大根长、茎叶干重、根干重及根茎干重比9个性状。采用复合区间作图法分析幼苗根系8个性状的QTL,定位了7个加性效应QTL和12对上位性互作QTL,包括加性效应、显性效应,加加互作、加显互作和显显互作,分布在1A、1D、2A、2B、2D、3A、3B、5D、6D和7D染色体上,单个QTL可解释0.01%~11.91%的遗传变异。在染色体2D上XWMC41至XBARC349.2区间检测到同时控制总根长和根干重的一个QTL。上位性对苗期根系生长发育有重要作用。试验结果表明,苗期根系性状的遗传机制较复杂, 因此在育种中要综合考虑根系各性状之间的关系,保证根系协调统一、发达健壮。